东南/哈工大EES: 真空诱导高熵合金薄膜中微应变，促进pH通用析氢

利用可再生能源驱动的电催化制氢在缓解全球能源危机和环境污染问题中起着至关重要的作用。目前大多数HER电催化剂都具有良好的催化活性和选择性，但由于结构和催化稳定性较弱，因此没有达到工业和可持续性的要求。高熵合金(HEAs)具有丰富的组成多样性，同时其复杂的化学性质提供了协同效应和可调的电子结构，可以克服反应中间体吸附能调节的限制。到目前为止，人们关注的焦点是选择提供协同相互作用的元素来提高催化性能，这种方法通常被称为高熵“鸡尾酒效应”。相比之下，其他调节电子构型和修改HEAs催化行为的基本和通用策略，例如应变工程，很少被报道。

近日，东南大学沈宝龙、贾喆和哈尔滨工业大学(深圳)孙李刚等通过脉冲激光沉积(PLD)制备的FeCoNiCrPt HEA薄膜，随后在酸溶液中进行电化学处理。根据其固有活性和电极电位仔细选择组分，以确保电化学处理选择性地从表面剥离原子，导致晶格中大量的空位产生微应变场。

结果显示，被酸处理了300秒的HEA (EE.300s)表现出较强的应变波动，压缩应变主要是在空位附近观察到的，而拉伸应变主要与Pt原子有关。得益于这种空位诱导的微应变，EE.300s HEA在碱性、酸性和中性条件下，分别仅需18、46和73 mV的HER过电位就能达到10 mA cm^-2的电流密度；同时，在碱性和酸性条件下，该催化剂仅需104和106 mV的过电位就可以驱动1 A cm^-2的电流密度。

此外，EE.300s HEA在500 mA cm^-2下的H₂法拉第效率高达99.1%，在100 mV过电位下的周转频率为0.254 s^-1，超过了大多数最先进的电催化剂。为进一步验证该材料的实际应用潜力，研究人员将EE.300s HEA作为阴极组装了阴离子交换膜(AEM)电解槽。该电解槽只需要2.0 V的电池电压即可达到100 mA cm^-2的电流密度，同时在该电流密度下保持~500 h的稳定性。

微观结构分析和计算计算表明，在低配位环境下的活性位点增强了电荷的转移，从而提高了水的吸附能力；此外，微应变效应将Pt的d带中心下移到最佳位置，降低了Pt与中间体之间的结合亲和力，增强了析氢反应活性。综上，该项研究不仅为pH通用条件下的大规模制氢提供了实用途径，而且突出了纳米级非均应变场在多主催化剂中的有效性，对理解和设计可持续能源转化高性能材料提供了指导。

Vacancy induced microstrain in high-entropy alloy film for sustainable hydrogen production under universal pH conditions. Energy & Environmental Science, 2024. DOI: 10.1039/D4EE01139

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东南/哈工大EES: 真空诱导高熵合金薄膜中微应变，促进pH通用析氢

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